Ai cercat dinsemmagazinatge d'energiadempuèi un moment ara, e onèstament? Tot aquò èra confús fins que trobèri sus de sistèmas ibrids. Vaquí l'acòrdi - qu'ensajarem de resòlvre l'emmagazinatge d'energia amb de solucions solas dempuèi tròp de temps, e fonciona pas coma o avèm besonh.
Lo problèma que degun ne parla pas
Una batariá pòt conténer d'energia pendent de jorns. Grand. Mas quand avètz besonh d'una explosion subta d'energia - coma quand vòstres panèls solars arrèstan de produire e vòstre AC s'aluca al meteis temps - aquela meteissa batariá se bat. Es pas concebut per aquò. Mentretant, los supercondensadors pòdon descargar d'energia en millisegondas, mas filtran d'energia mai rapidament qu'un tamís ten d'aiga.
Me soveni de legir a prepaus d'aquela configuracion SMES (emmagazinatge d'energia magnetica superconductora) acoblada a un banc de batariá normala, e de pensar "espèra, perqué degun a pas fach aquò abans?" Se vèi, qu'an. Pas pro de monde fan atencion.
L'apròchi ibrid ditz fondamentalament: perqué pas utilizar los dos? Daissatz la batariá far çò que las batariás fan melhor - emmagazinar d'energia a long-terme. Daissatz lo supercondensador manejar los pics de poténcia fòls. Sembla evident quand o disètz a votz nauta, non?
Quand doas tecnologias an vertadièrament de sens amassa
Alara vaquí ont ven interessant. L'idèa entièra dels sistèmas d'emmagazinatge d'energia ibrid es pas sonque de botar dos tipes d'emmagazinatge diferents amassa e de lo sonar un jorn. I a una pensada d'engenharia reala darrièr, e mai se qualques implementacions son definitivament melhoras que d'autras.
Prenètz la combinason SMES/batariá. La partida supercondutritz a una densitat de poténcia fòla - parlam de temps de responsa mesurats en millisegondas. Mas es car e ten pas gaire d'energia per sa talha. De pilas? Problèma contrari complet. Acoblatz-los, e avètz quicòm que pòt gerir a l'encòp las fluctuacions de tension corta e l'avitalhament d'energia a long tèrme. Vesiái d'especificacions d'un sistèma que mostrèron que podián reduire los còstes d'investiment de gaireben 30% comparat a la subredimension d'un sol tipe d'emmagazinatge. Aquò's d'argent vertadièr.
Los volants acoblats a de pilas son una autra combinason que tròbi fascinanta, probablament perque l'aspècte mecanic m'apela mai que l'electroquimia pura. Lo volant gestiona las fluctuacions de poténcia de nauta frequéncia - pensatz a de causas sos-segondas - del temps que la batariá gerís las variacions mai longas e mai lentas. La regulacion de frequéncia de la grasilha aima aquesta configuracion.
La part qu'importa vertadièrament (per la màger part de las personas)
Vaquí çò que pensi que se pèrd dins totes los documents tecnics e los papièrs blancs: l'energia renovelable es inutila se la podèm pas emmagazinar corrèctament. Los panèls solars generan d'energia quand lo solelh brilha. Observacion revolucionària, o sabi. Mas avètz besonh d'electricitat de nuèch tanben, e lo vent bufa pas dins un orari convenent a vòstres plans de sopar.
Un sistèma ibrid corrèctament concebut pòt optimizar cossí capturam e liberam aquela energia. Quand la generacion solara davala subte perque un nívol passèt (o perque, sabètz, lo pòst del solelh se passèt), lo compausant del supercondensador s'entraïna a l'instant del temps que la batariá s'auça. Aquò empacha las tensions e manten vòstras lums alucadas sens aquel tremolament fastidiós.
L'emmagazinatge d'energia d'aire comprimit (CAES) amb de supercondensadors es tanben salvatge, e mai s'admetrai que lo vesi pas tant desplegat. CAES emmagazina d'energia en comprimissent literalament l'aire dins de cavernas o de tancs sosterranhs. Es mecanic, es estranh, e quand l'acoblatz amb de supercaps per una responsa rapida... fonciona plan plan per l'estabilizacion de la grasilha. E mai se trobar una geologia convenabla per CAES a granda escala es son pròpri marrit sòmi.
Lo mond real-Desordre del mond
Me cal mencionar quicòm que dintra pas dins la màger part de las discussions tecnicas: aqueles sistèmas son complicats de gerir. Vertadièrament complicat. Avètz besonh de sistèmas de contraròtle sofisticats per decidir quin compausant d'emmagazinatge gestiona quina carga a quin moment. Comprenètz mal, e perdètz pas que d'argent e d'eficiéncia.
Lo sistèma de gestion de l'energia - l'apelam EMS perque es mai cort - deu susvelhar la demanda d'energia en temps real- e dividir la carga coma cal. Nauta poténcia, durada corta? Encaminatz-lo cap al supercondensador o al volant. Carga sostenguda? La batariá lo maneja. Sona simple. Es pas.
I a tanben aquela causa ont de tecnologias d'emmagazinatge diferentas an de modèls de degradacion diferents. Las batariás d'ions de liti òdian èsser completament descargadas. Los supercondensadors pòdon gerir de milions de cicles mas pèrdon lentament lor capacitat. Vòstre sistèma de contraròtle deu prene en compte aquò, en equilibrant la performància uèi contra la longevitat deman. Es coma... pòdes s'esprintar pertot e desgastar los genolhs, o te ritmar. L'EMS deu prene aquela decision de milièrs de còps per jorn.
Perqué los veïculs electrics se preocupan (benlèu mai que çò que pensatz)
Los EV s'ocupan basicament del meteis problèma que vesèm dins l'emmagazinatge de la grasilha, sonque redusit e mobil. Volètz una portada - que necessita de pilas de nauta densitat d'energia. Mas volètz tanben una acceleracion e un frenatge regeneratiu que pòsca absorbir de quantitats enòrmas de poténcia rapidament. Un tipe de batariá pòt pas far los dos de manièra optimala.
Qualques fabricants d'EV son a experimentar amb d'emmagazinatge ibrid - un grand paquet d'ions de liti- per la portada, complementat per de supercondensadors per de rafadas de poténcia. Los supercaps prenon l'energia de frenatge regenerativa que seriá autrament perduda (perque las batariás pòdon pas se cargar tan rapidament), e provesisson lo còp de pè suplementari per l'acceleracion sens insistir sus la paqueta de batariá principala.
Rend los EV mai economics? Non. En realitat los fa mai cars a l'avança. Mas la degradacion de la batariá s'alentissiá significativament, çò que sus una durada de vida de 10 ans... val probablament la pena? Las matematicas son encara en cors de discussion.
Verificacion de la realitat del còst
Parlem d'argent perque far semblant que lo còst importa pas es dròlle. Los sistèmas ibrids son mai cars d'en primièr. Crompatz doas o mai tecnologias d'emmagazinatge al luòc d'una, mai los sistèmas de contraròtle per las gerir. En Austràlia, installan çò que serà aparentament lo mai grand sistèma de batariá ibrida acoblada DC-de lor Mercat Nacional de l'Electricitat. L'escala es pro massissa per alimentar 120 000 ostals.
Aquela mena de projècte a de sens economic a causa de l'escala e de la valor dels servicis d'estabilitat de la ret. Per residencial? Fòrça mai dificil de justificar levat se sètz vertadièrament engatjat o avètz de besonhs de fiabilitat especifics. Pasmens sospèchi qu'aquò càmbia a mesura que los còstes dels compausants davalan e que los prètzs electrics aumentan.
Los estalvis operacionals venon d'una vida de l'equipament prolongada e d'una melhora eficiéncia. Se vòstra batariá es pas martèla per de cicles de carga rapida-descarga, dura mai longtemps. Se vòstre supercondensador gestiona los pics de poténcia que foguèt concebut puslèu qu'ensajar de provesir un emmagazinatge a long-terme (çò que seriá stupid), lo sistèma entièr fonciona melhor. Mas cal l'operar pro longtemps per recuperar aquela prima iniciala.
Especificacions tecnicas qu'importan
La densitat de poténcia contra la densitat d'energia es lo compromés fondamental que fa foncionar los sistèmas ibrids. Pensatz a la densitat de poténcia coma la rapiditat amb la quala podètz accedir a l'energia emmagazinada - mesurada en watts per quilograma. La densitat d'energia es la quantitat d'energia totala que podètz emmagazinar - mesurada en watt-oras per quilograma.
Supercondensadors: Nauta densitat de poténcia (10,000+ W/kg), bassa densitat d'energia (~5 Wh/kg). Son d'esprintaires.
Pilas d'ions de liti: Densitat de poténcia mejana-nauta (~300-500 W/kg), densitat d'energia nauta (~250 Wh/kg). Son de corredors de maraton.
Avètz besonh dels dos tipes d'atlètas dins vòstra equipa, segon la corsa.
Lo taus de descarga d'auto-importa tanben. Las batariás tenon lor carga pendent de setmanas o de meses. Los supercondensadors filtran d'energia rapidament - perdretz un percentatge significatiu per jorn se sètz pas connectats a una carga. Es per aquò qu'utilizariás pas de supercondensadors per una poténcia de salvagarda a long tèrme, e mai se qualques personas en linha semblan confusas a prepaus d'aquò.
Estrategias de contraròtle
D'acòrdi, aquesta seccion pòt venir tecnica, mas es una mena d'importància. L'estrategia de contraròtle determina cossí l'energia fluís entre los diferents compausants d'emmagazinatge, la carga, e la font d'energia (ret o renovelables o çò que siá).
Lo rasatge de pic es una aproximacion - lo sistèma ibrid alisa los pics de la demanda d'energia per que la font d'energia principala veja una carga mai constanta. Lo compausant d'emmagazinatge d'energia nauta-absorbís los pics, lo compausant d'energia nauta-gestia la linha de basa. Aquò es enòrme per l'integracion renovelable perque fa que l'eolian e l'solar semblan mai a de centralas electricas convencionalas despachablas a la ret.
Lo filtratge pas bas-es un autre metòde. Las variacions de poténcia de frequéncia nauta- (cambis rapids) son encaminadas cap a l'emmagazinatge de poténcia-dens. Las variacions de bassa-frequéncia (cambiaments lents) van cap a l'emmagazinatge-dens d'energia. Es matematicament elegant, e mai se la mesa en plaça pòt èsser complicada.
Qualques sistèmas utilizan d'algoritmes predictius basats sus de modèls de carga istorics. Se lo sistèma sap que vòstra installacion a tipicament un pic de poténcia cada jorn a 14 oras, pòt pre-posicionar l'energia dins lo compausant d'emmagazinatge apropriat. Fonciona plan fins que vòstre modèl d'utilizacion càmbie e que l'algoritme s'optimiza subte pel scenari incorrècte.
Ont sèm ara
La tecnologia es pro madura que las grandas installacions ajan de sens dins d'aplicacions especificas. Los servicis de ret, las installacions industrialas amb de besonhs d'energia exigents, l'integracion renovelable a granda escala - son de cases d'usatge provats. Lo logicial GEMS de Wärtsilä e de plataformas de gestion de l'energia similaras son vengudas pro sofisticadas per far de malabars amb de tecnologias d'emmagazinatge multiplas.
Las aplicacions residencialas d'escala mai pichona son encara a trobar lor basa. L'economia fonciona pas encara plan per la màger part de las personas, e mai se los primièrs adoptants e las personas amb de connexions de ret pas fisablas las installan. Los prètzs de las batariás contunhan de davalar, çò qu'ajuda, mas los sistèmas de contraròtle e la complexitat d'installacion mantenon lo còst total naut.
Los veïculs electrics son probablament ont veirem la seguenta èrsa d'innovacion. Las contraintes de pes e d'espaci fòrçan de dessenhs eficients, e lo potencial de produccion en massa mena la reduccion dels còstes. Çò que fonciona dins los EV s'escamparà eventualament cap a d'aplicacions estacionàrias.
La question d'eficiéncia
Alara tornam a la question originala: los sistèmas d'emmagazinatge d'energia ibridas pòdon optimizar l'eficiéncia?
Òc. Mas pas universalament, pas automaticament, e pas totjorn economicament.
Un sistèma ibrid plan concebut amb de contraròtles corrèctes pòt aténher d'eficiéncias d'anada e tornada de 85-90% o melhoras - comparablas a o despassant las solucions de tecnologia unica. Mai importantament, pòt gerir un fum mai larg de condicions de foncionament eficaçament. Aquela flexibilitat es sovent mai preciosa que l'eficiéncia maximala.
Los ganhs d'eficiéncia venon de l'utilizacion de cada tecnologia d'emmagazinatge dins son airal de foncionament optimal. Las batariás son pas marteladas pel ciclisme rapid. Los supercondensadors demòran pas inactius levat pendent los pics de poténcia. Lo sistèma entièr fonciona mai doçament, çò que significa mens de calor de desgalhatge, mens de degradacion, e de melhoras performàncias a long tèrme.
Mas - e aquò es important - un sistèma ibrid mal concebut pòt en realitat èsser mens eficient qu'una sola tecnologia d'emmagazinatge plan-causida. Se vòstres algoritmes de contraròtle se combaton, se avètz de talhas de compausants descorrespondentas, se vòstra electronica de poténcia introduch de pèrdas de conversion excessivas... avètz juste despensat mai d'argent per obténer de performàncias piègers.
Çò que deu arribar realament
L'industria a besonh d'una normalizacion. Ara, cada sistèma ibrid es un pauc personalizat per son aplicacion especifica. Aquò va plan per las installacions a escala grid- amb d'equipas d'engenhaires, mas empacha una adopcion mai larga. Avèm besonh de dessenhs modulars, escalables que pòdon èsser desplegats sens tornar inventar la ròda cada còp.
Reduccion de còst, evidentament. Los supercondensadors son encara cars per watt-ora d'emmagazinatge, e mai se los avèm pas besonh que per lor densitat de poténcia. L'escala de fabricacion ajudariá aicí. Aital serián las tecnologias de supercondensators alternativas (los dessenhs basats al grafèn- semblan prometeires mas son encara subretot dins de laboratòris).
D'algoritmes de contraròtle melhors que pòdon s'adaptar a las condicions cambiantas sens intervencion umana. L'aprendissatge automatic poiriá èsser util aicí, al contrari de la màger part de las aplicacions ont es pas que de hype. Un sistèma qu'apren vòstres modèls d'utilizacion especifics e s'optimiza en consequéncia poiriá melhorar significativament la performància sus la programacion estatica.
E onèstament? Una melhora educacion. La màger part dels contractistes e installators electrics comprenon pas vertadièrament los sistèmas d'emmagazinatge ibrids. La màger part dels consomators o fan pas. Tant que los sistèmas ibrids venon tan familiars coma "sauvagarda de batariá" dins la consciéncia generala, l'adopcion demorarà limitada als especialistas e apassionats.
Observacions aleatòrias
Contunhi de pensar a cossí sèm arribats aicí - en ensajar de resòlvre l'emmagazinatge d'energia amb de solucions unicas dempuèi de decennis, e sonque recentament en embraçant d'apròches ibrids a escala. Es similar a cossí passèrem de processors unic-nuclèu a de processors multi-nuclèu quand atenhèrem los limits d'escalament de frequéncia. De còps la responsa es pas de melhorar una causa, es d'utilizar de causas multiplas amassa de manièra intelligenta.
Tota la tendéncia d'acoblament DC-per l'emmagazinatge solar-mai-es ligada a aquò. En luòc de convertir DC solar en CA e puèi de retorn en DC per l'emmagazinatge de la batariá (çò que gasta d'energia dins las doas conversions), l'acoblament DC- garda tot en DC fins qu'a besonh d'anar a la ret CA. Redusís las pèrdas de divèrses punts percentuals. Son aqueles tipes d'optimizacions de nivèl de sistèma- que fan que las apròchas ibridas valgan la pena.
Tanben val la pena de notar: los desfís de gestion termica dins los sistèmas ibrids son pas-banals. Las batariás generan de calor pendent lo foncionament. Los supercondensadors generan de calor. Los volants generan de calor de la friccion dels rodaments. Empaquetatz tot, e avètz besonh d'un refregiment seriós. Ai vist d'installacions ont lo sistèma de refregiment tira pro d'energia per reduire sensiblament l'eficiéncia globala. Quicòm de considerar.
La partida futura (requerida mas especulativa)
Las batariás d'estat solid- pòdon cambiar lo jòc entièrament. Se obtenèm de pilas amb a l'encòp una densitat d'energia nauta E una densitat de poténcia nauta amb una vida de cicle longa... benlèu que los sistèmas ibrids venon inutiles. O benlèu venon encara mai sofisticats, en acoblant de batariás d'estat solid- amb d'autras tecnologias per de performàncias encara melhoras. Dificil de dire.
L'emmagazinatge d'idrogèn es amagat en fons tanben. Qualques sistèmas ibrids exploran la conversion de poténcia-a-gas per un emmagazinatge de longa durada- (setmanas o meses), acoblats a de pilas e de supercondensators per de besonhs de cort-terme. Es complicat e a de pèrdas d'eficiéncia, mas per un emmagazinatge vertadièrament sasonièr, poiriá èsser la sola opcion viable a l'escala.
La ret ela meteissa ven un sistèma d'energia ibrid - pas sonque d'emmagazinatge, mas de generacion, de transmission, de distribucion, tot foncionant amassa amb una sofisticacion creissenta. L'integracion veïcul-a-grilla apond un autre calc. Fin finala, benlèu arrestam de pensar a de "sistèmas" discrets e començam de pensar a un ecosistèma energetic completament integrat.
Mas m'avançai benlèu. Ara, sèm encara a descobrir cossí acoblar de manièra fisabla de pilas amb de supercondensadors sens que los sistèmas de contraròtle ajan una fusion.
Conclusion
Los sistèmas d'emmagazinatge d'energia ibrid foncionan. Optimizan l'eficiéncia de biais que las solucions tecnologicas unicas pòdon pas correspondre. La tecnologia es provada, los beneficis son reals, e las aplicacions creisson.
Se an de sens per quina situacion que siá especifica depend de las exigéncias tecnicas, dels factors economics, e onèstament de la quantitat de complexitat que sètz prèst a gerir. Per l'integracion renovelabla a l'escala de grasilha- e las aplicacions industrialas, venon de mai en mai la causida per defaut. Per las residencialas e las pichonas comercialas, sèm pas encara plan aquí.
L'apercebut fondamental - que combinar de tecnologias complementàrias produtz de melhors resultats qu'ensajar de perfeccionar una sola solucion - sembla evidenta en retrospectiva. La màger part de las bonas idèas o fan. Lo desfís ara es de far de sistèmas ibrids mai economics, mai simples e mai accessibles per que pòscan porgir lors beneficis mai largament.
E se pensatz a n'installar un, parlatz a qualqu'un que compren vertadièrament l'electronica de l'energia e los sistèmas de gestion de l'energia. Pas sonque un vendeire. Aquesta causa es complicada, e la far mal es cara.